Fototransduktion in Stäbchen und Zapfen
Die Fototransduktion beschreibt den Prozess, bei dem Lichtreize in elektrische Signale umgewandelt werden. Im Zentrum steht der Sehfarbstoff Rhodopsin, der aus dem Membranprotein Opsin und Retinal (einem Vitamin-A-Derivat) besteht.
In Dunkelheit befindet sich das Retinal in der 11-cis-Form und ist fest ans Opsin gebunden. Natrium-Kanäle bleiben durch den Botenstoff cGMP geöffnet, sodass Natrium-Ionen einströmen und ein Ruhepotential von -30 mV entsteht. An der Synapse wird Glutamat ausgeschüttet, das die nachgeschalteten Bipolarzellen hemmt.
Bei Lichteinfall wandelt sich das Retinal in die All-trans-Form um, was eine Strukturveränderung des Rhodopsins bewirkt. Dies aktiviert das G-Protein Transducin und schließlich die Phosphodiesterase (PDE), die cGMP abbaut. Durch den sinkenden cGMP-Spiegel schließen sich die Kationenkanäle, der Dunkelstrom wird unterbrochen und die Zellmembran hyperpolarisiert. Die Glutamat-Ausschüttung wird reduziert, wodurch die Hemmung der Bipolarzellen aufgehoben wird und Aktionspotentiale entstehen.
Wusstest du? Ein einziges Lichtquant (Photon) kann eine Kaskade auslösen, bei der bis zu 500 Moleküle Transducin aktiviert werden. Diese Verstärkung macht die Stäbchen im Auge extrem lichtempfindlich!
In den Zapfen läuft die Fototransduktion ähnlich ab, hier mit dem Sehfarbstoff Photoopsin. Der entscheidende Unterschied zwischen Stäbchen und Zapfen liegt in ihrer Funktion: Stäbchen ermöglichen das Sehen bei schwachem Licht, während Zapfen für das Farbsehen verantwortlich sind.